¿La corriente de suministro es menor que la corriente de salida en los circuitos reguladores de voltaje?

Un regulador de voltaje lineal actúa como una resistencia inteligente que establece su valor de tal manera que el voltaje detrás de él se regula al voltaje deseado.

Por eso, la corriente en la entrada es casi la misma que la corriente en la salida. Será más alto porque el regulador lineal también necesita algo de corriente para hacer su trabajo.

Esto también significa que un regulador de voltaje lineal está desperdiciando toda la energía para calentar, lo que en su caso se convertiría en la friolera de 380 W ((Vin-Vout) * Iin), por lo que sería un regulador lineal realmente robusto y requeriría un mucho enfriamiento. Yo diría que es muy poco práctico.

Para un caso como ese, un regulador de conmutación probablemente sea la mejor opción, ya que convierte el voltaje con cierta eficiencia. En buenos diseños puede ser muy alto, se puede alcanzar el 90% o más. Eso significa que la potencia de entrada es mayor que la potencia de salida, pero la corriente sería menor (para un convertidor reductor):

$$\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}} \rightarrow P_{in} = \frac{P_{out}}{\eta}$$

En su ejemplo, con una eficiencia del 90 %, la potencia de entrada sería de solo 111 W (en lugar de los 480 W del regulador lineal). Y la corriente en el lado de 24 V resultaría ser solo 4,63 A.

Los reguladores de conmutación también tienen sus desventajas, como una ondulación de voltaje de salida más alta.

La corriente de entrada de un regulador lineal será ligeramente superior a la corriente de salida, siendo la diferencia la corriente necesaria para operar el propio regulador.

Para un regulador de conmutación, la potencia en el regulador será ligeramente mayor que la potencia de salida del regulador.

Si el LDO estuviera operando al 100% de eficiencia, entonces la potencia de salida sería igual a la potencia de entrada, es decir

$$P = 5V * 20A = 24V * I_{IN}$$ o

$$I_{IN} = \frac{5V*20A}{24V} = 4.17 A$$

Pero desafortunadamente, los LDO tienen una eficiencia terrible, y empeora a medida que aumenta la diferencia entre los voltajes de entrada y salida.

$$ƞ = \frac{V_{OUT}}{V_{IN}} = \frac{5V}{24V} = 0.208$$

Entonces, la corriente de entrada real requerida =

$$\frac{I_{IN}}{ƞ} = \frac{4.17A}{.208} = 20 A$$

Entonces, la corriente de entrada es igual a la corriente de salida después de todo.

Tenga en cuenta que si estuviera usando un regulador de conmutación, con una eficiencia mucho mayor del 85%, esto sería

$$\frac{I_{IN}}{ƞ} = \frac{4.17A}{.85} = 4.90 A$$

Que diferencia.

Otra forma de hacer este mismo cálculo las potencias de salida y de entrada:

$$P_{OUT} = V_{OUT} * I_{OUT} = 5V * 20A = 100 W$$

$$P_{IN} = \frac{P_{OUT}}{ƞ} = \frac{100W}{.85} = 117.6 W$$

$$I_{IN} = \frac{P_{IN}}{V_{IN}} = \frac{117.6W}{24V} = 4.90 A$$

Una forma de calcular el Iin del sistema se basa en la ecuación simple eficiencia = Pout/Pin. Pin = Vin * Iin y Pout = Vout * Iout. Entonces, asumiendo que su regulador lineal es 60% eficiente. Ahora puede resolver el Iin necesario para este diseño.

Iin=(5Vout*20Iout)/(Vin*.6) => 6,94 amperios